검사에 합격했더라도 어떤 항목과 조건을 검사했는지 확인합니다

먼저 알아둘 용어

베어 PCB(bare printed circuit board)·넷리스트(netlist) — 베어 PCB는 부품을 실장하기 전 기판입니다. 넷리스트는 연결되어야 할 점들의 목록으로 도통·절연 검사 기준이 됩니다.

플라잉 프로브(flying probe)·ICT(In-Circuit Test) — 플라잉 프로브는 이동 탐침으로 검사점에 접근하는 방식입니다. ICT는 회로 내 검사를 뜻하며 접근 가능한 노드(node)와 프로그램(program)에 지정된 전기 항목을 검사합니다. 고정 지그(jig) 방식인지도 별도로 확인합니다.

SPI(Solder Paste Inspection)·AOI(Automated Optical Inspection)·기능시험 — SPI는 페이스트(paste) 인쇄 형상 검사, AOI는 자동 광학 검사입니다. 기능시험은 정해진 입력·상태에서 실제 동작을 확인하며 시험하지 않은 조건까지 자동 보증하지 않습니다.

검사 시점과 대상을 먼저 구분합니다

조립 AOI와 베어 PCB 패턴 AOI는 같은 약어여도 대상이 다릅니다. 페이스트 검사와 광학검사, 도통 검사를 서로 바꿔 부르지 않습니다. BGA(Ball Grid Array)처럼 접합부가 가려진 부품은 검사할 수 있는 범위가 제한됩니다. 장비 이름보다 현재 제품에서 어떤 항목을 검사하도록 설정했는지 확인해야 합니다.

부품을 조립한 기판에도 이동 탐침을 사용할 수 있습니다. 전용 고정 지그 없이 접근 가능한 검사점을 차례로 접촉하도록 프로그램하고, 지정한 지점의 단락·단선과 측정 가능한 저항·정전용량·인덕턴스 항목을 검사합니다. 항목마다 접촉점과 기대값·판정 한계를 정해야 하며, 프로브가 닿지 않는 부품이나 전원을 켠 뒤에만 드러나는 동작까지 검사했다고 해석하지 않습니다.

조립 기판용 검사 프로그램을 만들고 장비에 불러온 뒤 기판을 검사 위치에 투입합니다. 컨베이어로 이송하는 구성이라면 기판을 놓은 방향·위치와 프로그램의 검사점 좌표가 맞는지 확인합니다.

조립 기판은 연결을 확인한 뒤 기능을 차례로 시험합니다

부품을 실장한 기판에 처음 전원을 넣는다면, 검사 이름을 한꺼번에 ‘동작 확인’으로 묶지 않습니다. 아래 순서는 결함을 좁혀 가기 위한 확인 흐름입니다. 실제 합격 전압·클록 주파수·허용 전류와 시험점은 해당 회로도와 부품 자료에서 따로 정해야 합니다.

1. 부품 위치·방향과 납땜 상태, 기판 손상을 눈으로 확인합니다.
2. 전원을 넣기 전, 전원 레일과 기준 접지, 중요한 신호선의 연결을 회로도와 대조합니다. 전원 영역 사이에 의도하지 않은 연결이 없는지도 확인하되, 부품을 통해 정상적으로 이어지는 경로까지 단순 도통음만으로 단락이라고 판정하지 않습니다.
3. 정해진 입력 전원을 인가한 뒤 입력 지점, 전압 레귤레이터(regulator)의 출력, 전원 레일의 순서를 해당 설계의 기대값과 비교합니다. 어느 레일이 어느 조건에서 켜져야 하는지 지정하지 않았다면 순서 합격을 주장할 수 없습니다.
4. 발진 소자 또는 기준 클록의 발생 지점에서 시작해 필요한 회로까지 클록이 전달되는 경로를 확인합니다. 위상 고정 루프(PLL, Phase-Locked Loop)를 쓰는 마이크로컨트롤러(MCU, Microcontroller Unit)라면 설정한 입력 클록과 PLL 뒤 시스템 클록의 관계도 소자 설정과 대조합니다. 발진기가 동작한다고 해서 모든 내부 클록이 맞는 것은 아닙니다.
5. 전원과 클록이 맞은 뒤 MCU의 리셋 상태, 부트 설정과 프로그램 기록·실행 결과를 구분해 확인합니다.
6. UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)·SPI(Serial Peripheral Interface)·I²C(Inter-Integrated Circuit) 등의 통신은 실제 시험한 경계와 상대 장치의 응답을 기록합니다. 센서 입력, 아날로그-디지털 변환기(ADC, Analog-to-Digital Converter)·디지털-아날로그 변환기(DAC, Digital-to-Analog Converter)와 스위치·LED·릴레이 출력도 각 회로에 정해진 자극과 기대 결과로 따로 시험합니다.

전원·부팅·입출력·통신이 정상인지만 확인했다면 보호 기능의 시험은 남아 있습니다. 보호 기능이 있는 설계에서는 요구사항에 적힌 고장 조건과 임계값, 반응 시간, 전류 제한 또는 전원 차단 방식, 오류 표시, 고장 해제 후 복귀 조건을 각각 시험 항목으로 만듭니다. 검사는 제품의 정격과 안전 절차 안에서 실시하고, 가한 조건과 전압·전류·온도·출력 상태·결과 기록을 같은 기판과 시험 설정에 연결해 남깁니다. 이렇게 해야 어떤 조건에서 안전 상태(safe state, 고장 때 출력을 끄거나 제한하도록 정한 상태)로 들어갔고 어떤 조건은 아직 시험하지 않았는지 구분할 수 있습니다.

고장을 제거한 뒤의 복귀 방식도 구분해 시험합니다. 히컵(hiccup)은 보호 기능이 출력을 멈췄다가 자동으로 다시 켜기를 반복하는 방식이고, 래치 오프(latch-off)는 정해진 해제 또는 재시작 조작 전까지 출력을 끈 상태로 유지하는 방식입니다. 설계가 요구하는 방식에 맞춰 고장 인가 전·고장 중·고장 제거 뒤의 출력과 오류 표시를 기록합니다. 복귀 후에는 출력 리플(ripple, 직류 출력에 남은 변동)과 관련 부품의 온도가 제품에 정한 한계 안으로 돌아왔는지도 확인합니다. 재시작 방법과 측정 조건은 해당 회로의 요구사항으로 정해야 하며, 보호 기능이 한 번 작동한 사실만으로 정상 복귀까지 확인했다고 쓰지 않습니다.

자동 시험기(ATE, Automated Test Equipment)로 시험 대상 기판(DUT, Device Under Test)에 전원을 넣었을 때 예상보다 큰 전류가 흐르면, 한 시점의 수치만 보고 단락이라고 판정하지 않습니다. 기동 직후 흐르고 가라앉는 돌입 전류(inrush current), 공급기가 정전류(CC, constant current) 모드에서 전류를 제한하며 출력 전압이 낮아진 상태, 과전류 보호(OCP, overcurrent protection)가 출력을 차단하거나 재시도하는 상태, 기동 뒤에도 허용 범위를 넘는 전류가 계속되는 상태를 구분합니다. CC 제한과 OCP는 같은 동작이 아니며, 보호 시의 차단·제한·자동 복귀 방식은 해당 장비와 소자의 설정·명세를 확인해야 합니다. 시험 대상의 전압 V(t)와 전류 I(t)를 같은 시간축에 기록하고, 실제 회로가 허용하는 크기와 지속 시간에 대조합니다. 잠깐의 돌입 전류라고 무조건 허용하거나 보호 동작만으로 결함의 위치와 원인을 확정하지 않습니다.

시험 전에 전류 초과를 감지할 지점과 중단 조건을 정합니다. 그 조건에 걸리면 다음 시험 자극을 멈추고, 필요한 전원 차단은 사전에 정한 경로로 수행하며, 발생 시각·장비 설정·전압/전류 기록·기판 식별값을 묶어 남깁니다. 시험 자극을 멈추는 것과 모든 전원 경로를 차단하는 것은 다릅니다. 재시험은 고장 원인과 잔류 전압을 확인한 뒤 별도 단계에서 진행합니다. 소프트웨어가 중단 명령을 냈다는 사실만으로 전원이 차단됐다고 간주하지 않고, 지그와 공급기에서 실제 차단 상태를 확인합니다.

통신 기능시험은 신호가 되돌아온 지점까지 기록합니다.

조립된 기판에서 통신 시험을 통과했다는 기록도 시험 신호가 실제로 지나간 구간을 표시해야 해석할 수 있습니다. 루프백(loopback)은 송신한 데이터를 되돌려 받아 비교하는 방법입니다. 마이크로컨트롤러(MCU, Microcontroller Unit) 내부에서 되돌린 데이터는 외부 핀·커넥터·케이블·상대 장치를 지나지 않았을 수 있습니다. 핀에서 되돌렸다면 그 지점까지는 검사 범위에 들어오지만 상대 장치의 응답까지 확인한 것은 아닙니다.

통신 방식마다 반환 시험의 연결법도 다릅니다. UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)는 같은 논리 전압 영역의 TX(transmit, 송신)와 RX(receive, 수신)를 정해진 시험 지점에서 연결할 수 있습니다. 통신 방식의 SPI(Serial Peripheral Interface)는 앞에서 페이스트 검사에 쓴 SPI(Solder Paste Inspection)와 약어만 같습니다. 대상 칩이 수신선을 구동하지 않는 시험 구성에서 MOSI(Master Out Slave In, 제어기 송신)와 MISO(Master In Slave Out, 제어기 수신)를 되돌려 제어기 경로를 볼 수 있습니다. 실제 대상 칩이 MISO도 구동한다면 두 출력을 묶지 않습니다.

I²C(Inter-Integrated Circuit)는 SDA(Serial Data, 데이터)와 SCL(Serial Clock, 클록)을 서로 묶는 방식으로 시험하지 마십시오. 실제 장치의 주소 응답을 확인하고, 그 장치가 읽기를 지원한다면 알려진 레지스터 값도 대조합니다. CAN(Controller Area Network)은 제어기 내부 시험 뒤 송수신기·종단을 갖춘 실제 버스의 다른 노드와 프레임을 주고받아야 합니다. USB(Universal Serial Bus)는 역할이 맞는 호스트와 장치 사이에서 열거(enumeration, 장치 식별·구성 읽기)와 필요한 데이터 전송을 따로 확인합니다.

각 단계의 기록에는 반환 위치, 보낸 데이터, 받은 데이터, 시간 제한과 오류 상태를 적습니다. 시험 대상이 허용하는 값이나 읽기 명령으로 비교하고, 동작이 확인된 범위를 넘겨 전체 기능이 통과했다고 쓰지 않습니다. 이 기록을 앞의 검사 표와 함께 보면 다음 검사로 메워야 할 빈 구간이 분명해집니다.

3차원 AOI로 높이를 확인할 때는 측정값과 합격 기준을 나눠 봅니다

조립 후 부품이 한쪽으로 들렸거나 접합부의 모양이 달라졌는지 확인하려면 위치만 찍힌 평면 영상으로는 부족할 수 있습니다. 한 방향에서 찍은 2차원(2D) 영상은 부품의 위치와 윤곽을 보여 주지만, 그 영상 한 장만으로 높이값이 정해지지는 않습니다. 3차원 자동 광학 검사(3D AOI)는 보이는 표면의 높이와 입체 형상을 얻어 이러한 검사 항목을 추가할 수 있습니다.

구조광(structured light)은 미리 정한 줄무늬를 표면에 비추고, 카메라에 보이는 무늬의 변형으로 높이를 계산하는 방식입니다. 장비에 따라 레이저 주사(laser scanning) 또는 다각 촬영(multi-angle imaging) 등 다른 광학 방식도 사용합니다. 입체 형상에는 높이와 표면의 굴곡이 포함되지만, 장비에 '3D'라고 적혀 있다고 해서 부피를 합격 판정 수치로 사용한다고 단정할 수는 없습니다. 실제로 어떤 측정값을 계산하고 검사에 쓰는지는 장비와 검사 설정에 따라 다릅니다.

검사 결과를 해석할 때는 해당 부품의 검사 설정에서 높이·기울기·보이는 접합부 형상 가운데 어떤 항목을 판정하는지 먼저 확인합니다. 양품과 확인된 불량 표본을 같은 광학 조건에서 검사해 합격 범위와 놓치는 결함을 비교합니다. 경고가 나면 원영상, 계산된 높이 정보, 실제 부품을 같은 위치에서 대조합니다. 반짝이는 솔더의 반사나 주변 부품의 그림자는 높이 복원을 방해할 수 있고, 높이를 제대로 계산해도 합격 기준이 잘못되면 오검출이나 누락이 생깁니다. 가려진 접합부와 전기적 기능은 이 검사만으로 확인할 수 없습니다.

조립 검사를 계획할 때는 시험점의 위치를 실장 상태에서 다시 확인합니다.

회로도에 시험점(test point)을 표시해도 완성된 기판에서 탐침이 닿지 않으면 그 지점은 검사에 쓸 수 없습니다. 전압을 확인할 전원 레일, 리셋 상태를 구분할 지점, 필요한 통신 신호와 기준 접지를 먼저 적습니다. 그런 다음 부품 실장과 외함·차폐판 설치가 끝난 상태를 기준으로, 패드의 구리가 노출되어 있는지, 탐침이 어느 면에서 어떤 방향으로 들어오는지 확인합니다. 큰 부품 아래로 패드가 들어가거나 지그의 탐침 몸체가 주변 부품에 걸리면 설계 데이터에 점이 있어도 접촉 검사를 할 수 없습니다. 필요한 간격은 선택한 탐침·지그와 실제 조립 공정의 치수로 정해야 합니다.

TP(test point)라는 인쇄 표시는 시험점을 식별하는 표식이지 그 지점의 신호 이름이나 검사 범위를 보증하는 표시는 아닙니다. 회로도의 넷과 실제 패드 위치를 맞추고, 고정 지그의 여러 스프링 탐침이 닿는 경우에도 각 탐침의 연결과 접촉 상태를 확인합니다. ICT는 지정된 시험점에 신호를 가해 응답을 검사하는 방식입니다. 여러 점에 동시에 접촉했다고 모든 항목을 동시에 검사하거나 기판 전체의 기능을 확인한 것은 아닙니다. 도통·단락·부품값·기능 검사마다 대상 넷, 인가 조건, 판정값과 검사하지 못한 범위를 나누어 기록합니다. 전원을 끈 검사와 전원을 사용하는 기능시험의 절차도 구분합니다.

UART 진단 포트와 JTAG(Joint Test Action Group) 시험 포트를 쓸 계획이라면, 실제 케이블의 핀 배정과 기판의 TX·RX 또는 JTAG 시험 신호, 접지 및 도구가 요구하는 전압 기준 연결을 대조합니다. 포트의 전기적 연결뿐 아니라 조립 후 커넥터를 꽂거나 패드에 탐침을 댈 공간도 확인합니다. UART 로그가 출력된다고 해서 전원 레일이나 다른 배선이 검사된 것은 아닙니다.

경계 스캔(boundary scan)은 이를 지원하는 소자의 디지털 핀에 있는 시험용 회로를 통해 일부 배선을 구동하고 읽는 검사입니다. JTAG의 시험 접근 포트(TAP, Test Access Port)는 그 시험 회로에 명령을 보내는 통로가 될 수 있습니다. 그러나 JTAG 커넥터가 있거나 소자 식별에 성공했다고 모든 핀의 접속 불량을 찾을 수 있는 것은 아닙니다. 각 소자의 지원 핀과 스캔 셀(scan cell, 핀 상태를 시험용으로 제어·관찰하는 회로)을 기술한 BSDL(Boundary Scan Description Language) 파일, 실제 연결된 스캔 체인과 시험 프로그램을 함께 대조합니다. 확인 가능한 넷과 결함 종류를 검사 기록에 적고, 전원·아날로그 신호·경계 스캔을 지원하지 않는 핀은 직접 측정이나 별도 기능시험 대상으로 남깁니다.

전용 지그와 이동 탐침을 비교할 때는 필요한 결함 검출 범위와 시험점 접근성을 먼저 적습니다. 그다음 지그 준비 시간·비용, 보드(board)당 검사 시간과 반복 생산 조건을 비교합니다. 어떤 장비 조합이 모든 보드에 공통 정답인 것은 아닙니다. ICT의 전기 항목도 실제 기능시험과 같다고 가정하지 않습니다.

조립 기판을 소량씩 반복 검사하려면 접촉핀 지그만 준비해서는 부족할 수 있습니다. 지그와 계측 장비 사이의 신호를 연결할 인터페이스 기판, 제품에 필요한 전원·배터리·외부 입력 장치, 검사와 프로그램 기록에 쓸 컴퓨터를 각각 목록에 적습니다. 제조사가 검사와 프로그램 기록을 맡을 경우에는 시험용 펌웨어와 제품 펌웨어, 검사 항목과 합격 기준 중 무엇을 누가 제공하는지 확인합니다. 자체 검사와 위탁 검사를 비교할 때도 준비 비용뿐 아니라 기판마다 실제로 어떤 입력을 가하고 무엇을 측정해 합격으로 판정할지를 먼저 정해야 합니다.

같은 종류의 기판을 배치로 검사할 때에는 검사를 시작하기 전에 승인한 표본과 측정 가능한 합격 한계를 정하고, 검사 프로그램·지그·주요 설정이 그 기준을 재현하는지 확인합니다. 검사 중에는 불량 판정, 측정 자료, 재시험 결과를 해당 생산 배치에 연결해 남깁니다. 모든 기판을 검사했다는 수량 기록만으로 작업자나 배치가 바뀌어도 같은 조건에서 판정했다는 뜻은 아닙니다.

설계 검증(DVT, Design Verification Test)에서는 제품 요구사항마다 시험 항목과 합격 한계를 연결하고, 시험한 시료의 하드웨어·펌웨어 개정과 설정을 기록합니다. 기능·전기·환경 시험의 결과를 해당 요구사항과 대조하고, 발견한 결함과 수정 후 재시험 근거도 같은 기록에 연결합니다. 시험을 실행했다는 목록만으로 생산 단계 진입을 결정하지 말고 미해결 결함과 아직 확인하지 못한 조건을 따로 남깁니다.

생산 검증(PVT, Production Verification Test)은 실제 생산 라인의 부품·설비·공정 조건으로 만든 시료를 대상으로 합니다. 라인과 공정 개정, 적용한 ICT·FCT 및 최종 검사 조건을 기록하고, 결함 유형·재작업·재시험 결과를 해당 생산 묶음과 연결합니다. 수율은 무엇을 검사 대상으로 세고 최초 검사와 재시험 합격을 어떻게 구분했는지까지 정의해야 비교할 수 있습니다. 설계 시료의 합격을 생산 라인의 합격으로 바꾸어 기록하지 않으며, 시료 수·검사 순서·허용 수율은 해당 제품의 계획과 승인 기준에 따릅니다.

베어 PCB 검사는 설계 데이터와 실물의 위치를 먼저 맞춥니다

플라잉 프로브 장비로 빈 기판을 검사할 때에는 넷리스트에 연결점이 적혀 있는지만 볼 수 없습니다. 탐침이 실제 패드에 닿지 못하면 연결된 회로도 단선으로 보일 수 있기 때문입니다. 솔더마스크(solder mask)는 기판의 구리를 보호하는 덮개층이고, 검사점(test point)은 탐침이 접촉해 측정할 지점입니다. 검사 프로그램을 준비할 때에는 넷리스트의 연결 관계와 솔더마스크가 열려 구리가 드러나는 위치를 함께 대조합니다. 노출되지 않은 패드를 검사점으로 지정하거나 접촉 위치를 잘못 잡지 않았는지 확인합니다.

이어서 설계 도면의 위치와 장비에 넣은 기판의 위치를 맞춥니다. 거버 파일(Gerber file)은 기판 층별 형상을 전달하는 제조 데이터이고, 정합(registration)은 도면의 지점이 실제 기판의 어느 위치인지 대응시키는 작업입니다. 장비가 읽을 수 있는 기준점과 주변 패턴을 비교해 기판이 회전하거나 뒤집혀 있지는 않은지 확인하고, 탐침이 올바른 패드로 향하도록 좌표를 맞춥니다. 기준점을 몇 개 사용하는지는 장비와 기판 형상에 맞춰 정합니다. 좌표가 어긋난 채 검사를 시작하면 접촉 불량을 회로 단선으로 오인할 수 있습니다.

접촉 위치가 맞으면 장비가 프로그램에 지정된 지점을 찾아가 같은 넷의 도통(continuity)과 다른 넷 사이의 절연(isolation)을 검사합니다. 어떤 결함을 먼저 검사하는지, 탐침이 몇 개인지, 기판의 양면을 함께 검사할 수 있는지는 장비마다 다릅니다. 합격 여부만 받지 말고 접근한 검사점·넷, 적용한 합격 기준, 불량으로 표시된 위치와 종류를 확인합니다. 단선 의심 결과는 제조 파일의 연결과 실제 구리 패턴을 대조한 뒤 탐침 접촉도 다시 확인합니다. 빈 기판의 도통·절연 결과를 부품이 붙은 회로의 기능시험 결과로 해석하지 않습니다.

검사 프로그램을 인수할 때에는 정합에 사용한 실제 기판의 위치, 탐침 배치와 원점 복귀(homing) 동작, 단선·단락을 검사하는 순서를 장비 설정과 결과 기록에서 확인합니다. 한 장비 구성에서는 실물의 세 지점을 Gerber 좌표에 맞추고, 위·아래에 두 개씩 놓인 네 탐침이 원점으로 돌아간 뒤 먼저 단선을, 다음으로 단락을 검사합니다. 세 지점·네 탐침·검사 순서는 이 장비의 예시이며 다른 플라잉 프로브의 필수 규칙이 아닙니다. 실제 장비가 어느 면의 어떤 패드에 닿았는지와 결함으로 표시한 위치·종류를 제조 도면에서 다시 대조해야, 좌표 정합이나 접촉 문제를 회로 불량으로 오인하지 않습니다.

검사에서 확인하지 못한 항목을 찾아 후속 검사를 정합니다

• 단선으로 나온 넷(net)은 실제 배선 단선과 탐침 접촉 불량을 구분해 재확인합니다.
• 불량의 패널(panel) 위치·넷·측정값을 기록해 재현성을 비교합니다.
• 도통 검사와 별도로 극성, 부품값, 가려진 접합부와 실제 기능 중 무엇을 확인했는지 기록합니다.
• 검사 종류를 추가할 때는 같은 결함의 반복 검출인지 빈 범위를 메우는지 설명합니다.